JP7092968B2 - Semiconductor equipment - Google Patents
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Description
本発明は、III 族窒化物半導体からなる半導体装置に関する。特に、イオン注入と熱処理により形成されたp型のp型領域を有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including a group III nitride semiconductor. In particular, the present invention relates to a semiconductor device having a p-type p-type region formed by ion implantation and heat treatment.
GaNなどのIII 族窒化物半導体は、高い絶縁破壊電界を有しており、高耐圧と低オン抵抗の両立が可能であることから、パワーデバイスの材料として注目され、さかんに研究開発が行われている。 Group III nitride semiconductors such as GaN have a high dielectric breakdown electric field and can achieve both high withstand voltage and low on-resistance, so they are attracting attention as materials for power devices and are being actively researched and developed. ing.
特許文献1には、III 族窒化物半導体からなるpnダイオードが記載されており、n層、p層のキャリアトラップ準位の平均密度を所定値以下にすることで、低損失な素子を実現できることが記載されている。このような効果が得られる理由として、キャリアトラップ準位の平均密度を低減したことにより相対的に非発光再結合が抑制されて発光再結合が増加し、発光再結合による光がp層に吸収されてホール濃度が増加するためであると考察されている。
p層形成のためにイオン注入と熱処理を行った場合、リーク電流が増大してしまう問題があった。これは、キャリアトラップ準位が関係すると考えられる。しかし、特許文献1では複数存在するキャリアトラップ準位のうちどのキャリアトラップ準位がリーク電流に寄与しているのかが明らかでない。また、特許文献1にはキャリアトラップ準位の平均密度をどのようにして制御するのか記載がない。
When ion implantation and heat treatment are performed to form the p-layer, there is a problem that the leakage current increases. This is thought to be related to the carrier trap level. However, in
そこで本発明の目的は、リーク電流が抑制されたIII 族窒化物半導体からなる半導体装置およびその製造方法を実現することである。 Therefore, an object of the present invention is to realize a semiconductor device made of a group III nitride semiconductor in which a leakage current is suppressed and a method for manufacturing the same.
本発明の第1態様は、ドナー濃度1×1015~2×1016/cm3 のn型のGaNからなるn層と、n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、n層上およびp型領域上に設けられ、n層に対してショットキー接触するショットキー電極と、を有し、
平面視でp型領域のない領域をA領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.30eV以上0.45eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE3、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、とし、
A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、n層とショットキー電極との界面からn層側に0.8~1.6μmの深さの領域におけるn層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE3の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、かつ、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が1以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置である。
The first aspect of the present invention is an n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 , and p provided by ion implantation and heat treatment in a part of the n-layer. It has a p-type region, which is a region made of type GaN, and a Schottky electrode provided on the n-layer and on the p-type region and in Schottky contact with the n-layer.
The area without the p-shaped area in the plan view is defined as the A area.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE3, the electron trap level of energy of 0.30 eV or more and less than 0.45 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE4 be the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the A region is the average density of each electron trap level in the n layer in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the Schottky electrode to the n layer side. As an average density
The average density of each electron trap level in the A region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE3 to the average density of the electron trap levels of TE4, and The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 to the average density of the electron trap level of TE4 is set to be 1 or less.
It is a semiconductor device characterized by this.
本発明の第2態様は、ドナー濃度1×1015~2×1016/cm3 のn型のGaNからなるn層と、n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、n層上およびp型領域上に設けられ、n層に対してショットキー接触するショットキー電極と、を有し、
平面視でp型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.20eV以上0.30eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE2、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、
GaNの伝導帯下端から1.10eV以上1.40eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE9、とし、
B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、n層とp型領域との界面からn層側に0.8~1.6μmの深さの領域におけるn層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きくなるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置である。
A second aspect of the present invention is an n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 , and p provided by ion implantation and heat treatment in a part of the n-layer. It has a p-type region, which is a region made of type GaN, and a Schottky electrode provided on the n-layer and on the p-type region and in Schottky contact with the n-layer.
The area with the p-shaped area in the plan view is defined as the B area.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE2, the electron trap level of energy of 0.20 eV or more and less than 0.30 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
TE4, the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE9 be the electron trap level of energy of 1.10 eV or more and less than 1.40 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the B region is the average density of each electron trap level in the n layer in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As an average density
The average density of each electron trap level in region B is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE2 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels of TE4. The ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels is set to be larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4. ing,
It is a semiconductor device characterized by this.
本発明の第1、第2態様において、さらなるリーク電流の抑制のために、以下のように設定されていることが好ましい。 In the first and second aspects of the present invention, it is preferable that the settings are as follows in order to further suppress the leakage current.
B領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度に対するA領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が0.01以下、となるように設定されていることが好ましい。 It is preferable that the ratio of the average density of the electron trap level of TE1 in the region A to the average density of the electron trap level of TE1 in the region B is 0.01 or less.
B領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度に対するA領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が0.01以下、となるように設定されていることが好ましい。 It is preferable that the ratio of the average density of the electron trap level of TE2 in the region A to the average density of the electron trap level of TE2 in the region B is 0.01 or less.
B領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度に対するA領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度の比が0.4~2.5、となるように設定されていることが好ましい。 It is preferable that the ratio of the average density of the electron trap level of TE4 in the region A to the average density of the electron trap level of TE4 in the region B is 0.4 to 2.5.
GaNの伝導帯下端から0.90eV以上1.00eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE7として、B領域におけるTE7の電子トラップ準位の平均密度に対するA領域におけるTE7の電子トラップ準位の平均密度の比が0.2以下、となるように設定されていることが好ましい。 Let TE7 be the electron trap level of energy of 0.90 eV or more and less than 1.00 eV from the lower end of the conduction band of GaN, and the average density of the electron trap level of TE7 in the A region with respect to the average density of the electron trap level of TE7 in the B region. It is preferable that the ratio of is set to 0.2 or less.
B領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度に対するA領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が0.04以下、となるように設定されていることが好ましい。 It is preferable that the ratio of the average density of the electron trap level of TE9 in the region A to the average density of the electron trap level of TE9 in the region B is 0.04 or less.
また、本発明の第3態様は、ドナー濃度1×1015~2×1016/cm3 のn型のGaNからなるn層と、n層上に設けられたp型のGaNからなるp層と、n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、を有し、
平面視でp型領域のない領域をA領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4とし、
A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、n層とp層との界面からn層側に0.8~1.6μmの深さの領域におけるn層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
A領域におけるn層中のTE4の電子トラップ準位の平均密度が、n層のドナー濃度の1/500以下となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置である。
Further, the third aspect of the present invention is an n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a p-layer made of p-type GaN provided on the n layer. And a p-type region which is a region made of p-type GaN provided by ion implantation and heat treatment in a part of the n-layer.
The area without the p-shaped area in the plan view is defined as the A area.
The electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN is set to TE4.
The average density of each electron trap level in the A region is the average of each electron trap level in the n layer in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side. As a density
The average density of the electron trap levels of TE4 in the n-layer in the A region is set to be 1/500 or less of the donor concentration of the n-layer.
It is a semiconductor device characterized by this.
また、本発明の第4態様は、ドナー濃度1×1015~2×1016/cm3 のn型のGaNからなるn層と、n層上に設けられたp型のGaNからなるp層と、n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、を有し、
平面視でp型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.20eV以上0.30eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE2、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、
GaNの伝導帯下端から1.10eV以上1.40eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE9、とし、
B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、n層とp型領域との界面からn層側に0.8~1.6μmの深さの領域におけるn層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
B領域におけるn層中の各電子トラップ準位の平均密度が、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きくなるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置である。
Further, a fourth aspect of the present invention is an n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a p-layer made of p-type GaN provided on the n layer. And a p-type region which is a region made of p-type GaN provided by ion implantation and heat treatment in a part of the n-layer.
The area with the p-shaped area in the plan view is defined as the B area.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE2, the electron trap level of energy of 0.20 eV or more and less than 0.30 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
TE4, the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE9 be the electron trap level of energy of 1.10 eV or more and less than 1.40 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the B region is the average density of each electron trap level in the n layer in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As an average density
The average density of each electron trap level in the n layers in the B region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE2 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels of TE4. The ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels is set to be larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4. ing,
It is a semiconductor device characterized by this.
本発明の第3、第4態様において、さらなるリーク電流の抑制のために、以下のように設定されていることが好ましい。 In the third and fourth aspects of the present invention, it is preferable that the settings are as follows in order to further suppress the leakage current.
B領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度に対するA領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が0.03以下、となるように設定されていることが好ましい。 It is preferable that the ratio of the average density of the electron trap level of TE1 in the region A to the average density of the electron trap level of TE1 in the region B is 0.03 or less.
B領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度に対するA領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が0.02以下、となるように設定されていることが好ましい。 It is preferable that the ratio of the average density of the electron trap level of TE2 in the region A to the average density of the electron trap level of TE2 in the region B is 0.02 or less.
B領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度に対するA領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度の比が0.3~2.0、となるように設定されていることが好ましい。 It is preferable that the ratio of the average density of the electron trap level of TE4 in the region A to the average density of the electron trap level of TE4 in the region B is set to 0.3 to 2.0.
GaNの価電子帯上端から0.80eV以上0.90eV未満の正孔トラップ準位をTH3とし、
A領域における正孔トラップ準位の平均密度は、n層とp層との界面からp層側に0.02~0.05μmの深さの領域におけるp層中の正孔トラップ準位の平均密度とし、
B領域における正孔トラップ準位の平均密度は、n層とp型領域との界面からp型領域側に0.02~0.05μmの深さの領域におけるp型領域中の正孔トラップ準位の平均密度として、
B領域におけるp型領域中のTH3の正孔トラップ準位の平均密度に対する、A領域におけるp層中のTH3の正孔トラップ準位の平均密度の比が、0.7~1.4、となるように設定されている、ことが好ましい。
The hole trap level of 0.80 eV or more and less than 0.90 eV from the upper end of the valence band of GaN is set to TH3.
The average density of hole trap levels in the A region is the average of the hole trap levels in the p layer in the region at a depth of 0.02 to 0.05 μm from the interface between the n layer and the p layer to the p layer side. Density
The average density of hole trap levels in the B region is 0.02 to 0.05 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the p-type region. As the average density of the place,
The ratio of the average density of the hole trap levels of TH3 in the p-layer in the A region to the average density of the hole trap levels of TH3 in the p-type region in the B region is 0.7 to 1.4. It is preferable that it is set to be.
本発明によれば、リーク電流が抑制されたIII 族窒化物半導体からなる半導体装置を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a semiconductor device made of a group III nitride semiconductor in which a leakage current is suppressed.
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the examples.
図1は、実施例1の半導体装置の構成を示した図である。図1のように、実施例1の半導体装置は、ショットキーバリアダイオードであり、基板10と、n層11と、拡散p領域12と、カソード電極13と、アノード電極14と、によって構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the semiconductor device of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor device of the first embodiment is a Schottky barrier diode, and is composed of a
基板10は、Si濃度が1.0×1018/cm3 のn-GaNからなる。基板10の厚さは、320μmである。
The
n層11は、基板10上に位置し、ドナー濃度が1×1015~2×1016/cm3 、Si濃度が1×1015~2.5×1016/cm3 のn-GaNからなる。n層11の厚さは5~20μmである。
The n-
拡散p領域12は、後述のようにイオン注入および熱処理によってMgを拡散させて形成した領域であり、p-GaNからなる。Mg濃度は、2×1018/cm3 である。拡散p領域12は、平面視で環状であり、その幅は10μmである。また、拡散p領域12は、n層11表面から深さ1μmまでの領域に形成されている。この拡散p領域12は、後述のように、実施例1の半導体装置の耐圧性を向上させるために設けるものである。なお、耐圧向上のためには、Mg濃度0.5×1017~2×1019/cm3 、平面視での拡散p領領域12の環の幅は1~20μm、拡散p領領域12の深さは0.1~5μmであればよい。
The
カソード電極13は、基板10裏面の全面に接して設けられている。カソード電極13は、Ti/Alからなり、基板10裏面に対してオーミック接触する。ここで、「/」は積層を意味し、A/BはA、Bの順に積層した構造を意味する。以下、材料の説明において同様である。
The
アノード電極14は、n層11上および拡散p領域12上に設けられている。アノード電極14は、Niからなり、n層11に対してショットキー接触する。アノード電極14は、平面視で円であり、その外周は拡散p領域12に接している。このように、逆バイアス印加時に電界の集中するアノード電極14の端部に、拡散p領域12を接触させることで、実施例1の半導体装置の耐圧向上を図っている。
The
(キャリアトラップ準位の平均密度について)
次に、n層11、および拡散p領域12のキャリアトラップ準位(電子トラップ準位および正孔トラップ準位)の平均密度について説明する。各キャリアトラップ準位の平均密度は、後述のように拡散p領域12を形成するための熱処理における温度、時間によって制御することができる。
(About the average density of carrier trap levels)
Next, the average densities of the carrier trap levels (electron trap level and hole trap level) of the
まず、EcをGaNの伝導帯下端の準位、Evを価電子帯上端の準位、Etを電子トラップ準位として、各電子トラップ準位、正孔トラップ準位を次のように呼ぶこととする。
TE1:Ec-Etが0.10eV以上0.20eV未満の電子トラップ準位
TE2:Ec-Etが0.20eV以上0.30eV未満の電子トラップ準位
TE3:Ec-Etが0.30eV以上0.45eV未満の電子トラップ準位
TE4:Ec-Etが0.45eV以上0.60eV未満の電子トラップ準位
TE5:Ec-Etが0.60eV以上0.75eV未満の電子トラップ準位
TE6:Ec-Etが0.75eV以上0.85eV未満の電子トラップ準位
TE7:Ec-Etが0.90eV以上1.00eV未満の電子トラップ準位
TE8:Ec-Etが1.00eV以上1.10eV未満の電子トラップ準位
TE9:Ec-Etが1.10eV以上1.40eV未満の電子トラップ準位
TH3:Et-Evが0.80eV以上0.90eV未満の正孔トラップ準位
First, with Ec as the lower end of the conduction band of GaN, Ev as the upper end of the valence band, and Et as the electron trap level, each electron trap level and hole trap level are called as follows. do.
TE1: Electronic trap level with Ec-Et of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV TE2: Electron trap level with Ec-Et of 0.20 eV or more and less than 0.30 eV TE3: Ec-Et is 0.30 eV or more and 0. Electronic trap level with less than 45 eV TE4: Electronic trap level with Ec-Et of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV TE5: Electronic trap level with Ec-Et of 0.60 eV or more and less than 0.75 eV TE6: Ec-Et Electron trap level with 0.75 eV or more and less than 0.85 eV TE7: Electron trap level with Ec-Et of 0.90 eV or more and less than 1.00 eV TE8: Electron trap with Ec-Et of 1.00 eV or more and less than 1.10 eV Level TE9: Electron trap level with Ec-Et of 1.10 eV or more and less than 1.40 eV
TH3: Hole trap level with Et-Ev greater than or equal to 0.80 eV and less than 0.90 eV
これらのキャリアトラップ準位のうち、TE2、TE4、TE9、TH3については、熱処理によらず発生する準位であり、MOCVD法によってn層11を結晶成長させた際に発生するものである。そのため、これらのキャリアトラップ準位の平均密度は、結晶成長させた段階ではn層11の深さ方向に対して一様に分布していると考えられる。一方、それ以外のキャリアトラップ準位(TE1、TE3、TE5~TE8)については、熱処理により発生する準位である。そのため、これらのキャリアトラップ準位の平均密度はn層11表面側の方が高く、深くなるにつれて密度は低下していると考えられる。
Of these carrier trap levels, TE2, TE4, TE9, and TH3 are levels that are generated regardless of heat treatment, and are generated when the n-
実施例1の半導体装置では、n層11および拡散p領域12の各キャリアトラップ準位の平均密度が次のように設定されている。なお、キャリアトラップ準位の平均密度のうち電子トラップについては、n層11とアノード電極14との界面、あるいはn層11と拡散p領域12との界面からn層11側に0.8~1.6μmの深さの領域の平均密度、正孔トラップについては、pn界面(n層11と拡散p領域12との界面)から拡散p領域12側に0.02~0.05μmの深さの領域の平均密度とする。以下、実施例1のキャリアトラップ準位の平均密度において同様とする。
In the semiconductor device of the first embodiment, the average density of each carrier trap level of the
実施例1の半導体装置を基板10主面に対して垂直上方から見て(つまり平面視において)、拡散p領域12が存在しない領域をA領域、存在する領域をB領域とする。
When the semiconductor device of the first embodiment is viewed from above perpendicular to the main surface of the substrate 10 (that is, in a plan view), the region where the
A領域については、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Aの比(n1A/n4A)が、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE3の電子トラップ準位の平均密度n3Aの比(n3A/n4A)よりも大きく、かつTE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Aの比(n1A/n4A)が1以下となるように設定されている。つまり、(n3A/n4A)<(n1A/n4A)≦1を満たすように設定されている。 For the A region, the ratio of the average density n1A of the electron trap level of TE1 to the average density n4A of the electron trap level of TE4 (n1A / n4A) is the electron trap of TE3 with respect to the average density n4A of the electron trap level of TE4. The ratio of the average density n1A of the electron trap level of TE1 to the average density n4A of the electron trap level of TE4 is 1 or less, which is larger than the ratio of the average density n3A of the level (n3A / n4A). It is set to be. That is, it is set to satisfy (n3A / n4A) <(n1A / n4A) ≦ 1.
また、B領域については、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE2の電子トラップ準位の平均密度n2Bの比(n2B/n4B)が、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bの比(n9B/n4B)よりも大きく、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bの比(n9B/n4B)が、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Bの比(n1B/n4B)よりも大きくなるように設定されている。つまり、(n1B/n4B)<(n9B/n4B)<(n2B/n4B)を満たすように設定されている。 In the B region, the ratio of the average density n2B of the electron trap level of TE2 to the average density n4B of the electron trap level of TE4 (n2B / n4B) is that of TE9 with respect to the average density n4B of the electron trap level of TE4. The ratio of the average density n9B of the electron trap level of TE9 to the average density n4B of the electron trap level of TE4, which is larger than the ratio of the average density n9B of the electron trap level (n9B / n4B), is TE4. It is set to be larger than the ratio (n1B / n4B) of the average density n1B of the electron trap level of TE1 to the average density n4B of the electron trap level of. That is, it is set to satisfy (n1B / n4B) <(n9B / n4B) <(n2B / n4B).
A領域、B領域のうち少なくとも一方の領域において、上記のように電子トラップ準位の平均密度が設定されていることにより、実施例1の半導体装置のリーク電流を抑制することができる。もちろん、A領域、B領域の双方において、上記のように電子トラップ準位の平均密度が設定されていることがより好ましい。 By setting the average density of the electron trap levels as described above in at least one of the A region and the B region, the leakage current of the semiconductor device of the first embodiment can be suppressed. Of course, it is more preferable that the average density of the electron trap levels is set as described above in both the A region and the B region.
また、リーク電流の低減のためには、各電子トラップ準位の平均密度は低ければ低いほど望ましく、特に熱処理によって発生する電子トラップ準位の平均密度を十分に低減することが望ましい。たとえば以下のような範囲とすることが望ましい。 Further, in order to reduce the leakage current, it is desirable that the lower the average density of each electron trap level is, and it is particularly desirable to sufficiently reduce the average density of the electron trap levels generated by the heat treatment. For example, the following range is desirable.
A領域の各電子トラップ準位の平均密度のうち、熱処理によって発生するものについては、以下の範囲とすることが望ましい。TE1の電子トラップ準位の平均密度n1Aは、4×1011/cm3 以下とすることが望ましい。TE3の電子トラップ準位の平均密度n3Aは、6×1010/cm3 以下とすることが望ましい。TE6の電子トラップ準位の平均密度n6Aは、2×1013/cm3 以下とすることが望ましい。TE7の電子トラップ準位の平均密度n7Aは、4×1012/cm3 以下とすることが望ましい。 Of the average densities of each electron trap level in the A region, those generated by heat treatment are preferably in the following range. It is desirable that the average density n1A of the electron trap level of TE1 is 4 × 10 11 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n3A of the electron trap level of TE3 is 6 × 10 10 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n6A of the electron trap level of TE6 is 2 × 10 13 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n7A of the electron trap level of TE7 is 4 × 10 12 / cm 3 or less.
A領域の各電子トラップ準位の平均密度のうち、熱処理によらず発生するものについては、以下の範囲とすることが望ましい。TE2の電子トラップ準位の平均密度n2Aは、n層11のドナー濃度の1/1000以下とすることが望ましい。TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aは、n層11のドナー濃度の1/100以下とすることが望ましい。TE9の電子トラップ準位の平均密度n9Aは、n層11のドナー濃度の1/500以下とすることが望ましい。
Of the average densities of each electron trap level in the A region, those generated regardless of heat treatment are preferably in the following range. It is desirable that the average density n2A of the electron trap level of TE2 is 1/1000 or less of the donor concentration of the
また、A領域において、電子トラップ準位の平均密度の比は、以下の範囲とすることが望ましい。TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE1、TE2、およびTE3の電子トラップ準位の平均密度n1A、n2A、n3Aの比(n1A/n4A、n2A/n4A、n3A/n4A)は、0.01~0.5とすることが望ましい。TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE6およびTE7の電子トラップ準位の平均密度n6A、n7Aの比(n6A/n4A、n7A/n4A)は、1.1~10とすることが望ましい。 Further, in the region A, the ratio of the average density of the electron trap levels is preferably in the following range. The ratio of the average densities n1A, n2A, n3A of the electron trap levels of TE1, TE2, and TE3 to the average density n4A of the electron trap levels of TE4 (n1A / n4A, n2A / n4A, n3A / n4A) is 0.01. It is desirable to set it to ~ 0.5. The ratio of the average densities n6A and n7A of the electron trap levels of TE6 and TE7 to the average density n4A of the electron trap levels of TE4 (n6A / n4A, n7A / n4A) is preferably 1.1 to 10.
また、B領域の各電子トラップ準位および正孔トラップ準位の平均密度については、以下の範囲とすることが望ましい。TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bは、n層11のドナー濃度の1/100以下とすることが望ましい。TE1の電子トラップ準位の平均密度n1Bは、3×1014/cm3 以下とすることが望ましい。TE2の電子トラップ準位の平均密度n2Bは、3×1015/cm3 以下とすることが望ましい。TE5の電子トラップ準位の平均密度n5Bは、1×1013/cm3 以下とすることが望ましい。TE7の電子トラップ準位の平均密度n7Bは、4×1013/cm3 以下とすることが望ましい。TE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bは、8×1014/cm3 以下とすることが望ましい。TH3の正孔トラップ準位の平均密度nH3Bは、1×1013/cm3 以下とすることが望ましい。
Further, it is desirable that the average density of each electron trap level and the hole trap level in the B region is in the following range. It is desirable that the average density n4B of the electron trap level of TE4 is 1/100 or less of the donor concentration of the
また、リーク電流の低減のために、B領域における各キャリアトラップ準位の平均密度に対するA領域における各キャリアトラップ準位の平均密度の比は、以下の範囲とすることが望ましい。B領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Bに対するA領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Aの比(n1A/n1B)は、0.01以下であることが望ましい。B領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度n2Bに対するA領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度n2Aの比(n2A/n2B)は、0.01以下であることが望ましい。B領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するA領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aの比(n4A/n4B)は、0.4~2.5であることが望ましい。B領域におけるTE7の電子トラップ準位の平均密度n7Bに対するA領域におけるTE7の電子トラップ準位の平均密度n7Aの比(n7A/n7B)は、0.2以下であることが望ましい。B領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bに対するA領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Aの比(n9A/n9B)は、0.04以下であることが望ましい。 Further, in order to reduce the leakage current, it is desirable that the ratio of the average density of each carrier trap level in the A region to the average density of each carrier trap level in the B region is in the following range. The ratio (n1A / n1B) of the average density n1A of the electron trap level of TE1 in the region A to the average density n1B of the electron trap level of TE1 in the region B is preferably 0.01 or less. The ratio (n2A / n2B) of the average density n2A of the electron trap level of TE2 in the region A to the average density n2B of the electron trap level of TE2 in the region B is preferably 0.01 or less. The ratio (n4A / n4B) of the average density n4A of the electron trap level of TE4 in the region A to the average density n4B of the electron trap level of TE4 in the region B is preferably 0.4 to 2.5. The ratio (n7A / n7B) of the average density n7A of the electron trap level of TE7 in the region A to the average density n7B of the electron trap level of TE7 in the region B is preferably 0.2 or less. The ratio (n9A / n9B) of the average density n9A of the electron trap level of TE9 in the region A to the average density n9B of the electron trap level of TE9 in the region B is preferably 0.04 or less.
次に、実施例1の半導体装置の製造方法について、図2を参照に説明する。 Next, the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment will be described with reference to FIG.
まず、n-GaNからなる基板10上に、MOCVD法によってn-GaNからなるn層11、p-GaNからなるp層15を順に積層する(図2(a)参照)。n層11の厚さは、厚さ5~20μm、ドナー濃度は1×1015~2×1016/cm3 である。p層15の厚さは0.5~2μm、Mg濃度は5×1017~2×1019/cm3 である。
First, the
次に、p層15表面の所定領域に、Mgをイオン注入してイオン注入領域16を形成する(図2(b)参照)。イオン注入しない領域に形成するマスクとして、フォトレジストなどを用いることができる。なお、注入するイオンの元素は任意でよく、Mg以外のp型ドーパントであってもよいし、Siなどのn型ドーパントであってもよい。
Next, Mg is ion-implanted into a predetermined region on the surface of the
次に、p層15およびイオン注入領域16の表面にSiNからなる保護膜を形成し、熱処理を行う。熱処理の雰囲気は不活性ガス雰囲気であればよく、たとえば窒素雰囲気である。熱処理によって、n層11表面であって、イオン注入領域16の直下の領域に、p層15に含まれるMgを拡散させる。これにより、n層11表面から所定深さまでの領域に拡散p領域12を形成する。その後、保護膜をフッ酸により除去する(図2(c)参照)。この拡散p領域12形成のための熱処理の温度、時間によって、n層11および拡散p領域12のキャリアトラップ準位の平均密度を制御することができる。具体的には、熱処理温度が低いほどキャリアトラップ準位の平均密度を低減することができ、また熱処理時間を長くすることでもキャリアトラップ準位の平均密度を低減することができる。熱処理温度が低すぎたり、熱処理時間が短すぎると、所定の領域に拡散p領域12を形成することが難しくなるため、熱処理温度は1000~1100℃、熱処理時間は5~40分の範囲で制御することが望ましい。より好ましくは、熱処理温度1020~1040℃、熱処理時間12~20分である。
Next, a protective film made of SiN is formed on the surfaces of the
次に、p層15およびイオン注入領域16をドライエッチングしてn層11表面および拡散p領域12を露出させる。さらにn層11の外周を所定の深さまでドライエッチングして素子分離領域を形成する(図2(d)参照)。
Next, the p-
次に、基板10の裏面にカソード電極13、n層11上および拡散p領域12上にアノード電極14を蒸着によってそれぞれ形成する。アノード電極14は、その端部が拡散p領域12上となるようなパターンとする。以上により図1に示す実施例1の半導体装置を作製する。
Next, the
なお、実施例1では、イオン注入領域直下の別の領域にMgを拡散させて拡散p領域12を形成しているが、n層11に直接Mgイオンを注入して熱処理を行って、Mgを拡散させずにそのイオン注入領域をそのままp型領域17としてもよい(図3参照)。この場合、熱処理温度と時間を所定の範囲とすることで、Mgを拡散させないでp型領域を作製することができる。ただし、実施例1のようにして拡散p領域12を形成する方が、n層11表面の荒れが少なく、また所定領域に精度よく拡散p領域12を形成することができる。
In Example 1, Mg is diffused into another region directly under the ion implantation region to form the
以上、実施例1の半導体装置では、n層11、および拡散p領域12の各キャリアトラップ準位の平均密度について、平面視で拡散p領域12が存在しない領域をA領域、存在する領域をB領域として、A領域、B領域についてそれぞれ下記のように設定されているため、リーク電流を低減することができる。
A領域については、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Aの比(n1A/n4A)が、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE3の電子トラップ準位の平均密度n3Aの比(n3A/n4A)よりも大きく、かつTE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Aの比(n1A/n4A)が1以下となるように設定されている。
B領域については、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE2の電子トラップ準位の平均密度n2Bの比(n2B/n4B)が、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bの比(n9B/n4B)よりも大きく、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bの比(n9B/n4B)が、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Bの比(n1B/n4B)よりも大きくなるように設定されている。
As described above, in the semiconductor device of the first embodiment, regarding the average density of each carrier trap level of the
For the A region, the ratio of the average density n1A of the electron trap level of TE1 to the average density n4A of the electron trap level of TE4 (n1A / n4A) is the electron trap of TE3 with respect to the average density n4A of the electron trap level of TE4. The ratio of the average density n1A of the electron trap level of TE1 to the average density n4A of the electron trap level of TE4 is 1 or less, which is larger than the ratio of the average density n3A of the level (n3A / n4A). It is set to be.
For the B region, the ratio of the average density n2B of the electron trap level of TE2 to the average density n4B of the electron trap level of TE4 (n2B / n4B) is the electron trap of TE9 with respect to the average density n4B of the electron trap level of TE4. The ratio of the average density n9B of the electron trap level of TE9 to the average density n4B of the electron trap level of TE4, which is larger than the ratio of the average density n9B of the level (n9B / n4B), is the electron of TE4. It is set to be larger than the ratio (n1B / n4B) of the average density n1B of the electron trap level of TE1 to the average density n4B of the trap level.
図4は、実施例2の半導体装置の構成を示した図である。図4のように、実施例2の半導体装置は、トレンチ型のFETであり、基板20と、n層21と、p層22と、拡散p領域23と、イオン注入領域24と、再成長n層25と、ゲート絶縁膜26と、ドレイン電極27と、ソース電極28と、ゲート電極29と、によって構成されている。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the semiconductor device of the second embodiment. As shown in FIG. 4, the semiconductor device of the second embodiment is a trench type FET, and has a
基板20は、Si濃度が1.0×1018/cm3 のn-GaNからなる。基板10の厚さは、320μmである。
The
n層21は、基板20上に位置し、ドナー濃度が1×1015~2×1016/cm3 、Si濃度が1×1015~2.5×1016/cm3 のn-GaNからなる。n層11の厚さは10μmである。
The n-
p層22は、Mg濃度が5×1017~2×1019/cm3 のp-GaNからなる。p層22の厚さは1μmである。
The
再成長n層25は、p層22上およびイオン注入領域24上に位置し、Si濃度が1×1018~1×1019/cm3 のn-GaNからなる。再成長n層25の厚さは0.2μmである。
The regrowth n-
再成長n層25表面の所定領域には、その表面からn層21に達する深さのトレンチ30が設けられている。トレンチ30の底面にはn層21が露出し、側面にはn層21、p層22、再成長n層25が露出する。
In a predetermined region on the surface of the regrowth n-
拡散p領域23は、n層21表面近傍であってトレンチ30の近傍に設けられた領域である。拡散p領域23は、後述のようにイオン注入および熱処理によってMgを拡散させて形成した領域であり、p-GaNからなる。Mg濃度は、5×1017~2×1019/cm3 である。拡散p領域23は、平面視でトレンチ30を囲うような環状のパターンであり、その幅は2μmである。また、拡散p領域23は、n層21表面から深さ1μmまでの領域に形成されていて、n層21表面からトレンチ30の底面までよりも深く形成されている。トレンチ30角部の近傍にこのような拡散p領域23を設けることで、トレンチ30角部に集中する電界を緩和し、耐圧性の向上を図っている。
The
イオン注入領域24は、p層22表面近傍であってトレンチ30近傍に設けられた領域であり、p型の領域である。イオン注入領域24は、後述のように、拡散p領域23を形成するためのMgイオンがp層22表面に注入された領域であり、拡散p領域23の上方に位置する。イオン注入領域24は、平面視で拡散p領域23とほぼ同一のパターンであり、トレンチ30を囲うようなパターンである。なお、Mg以外のp型ドーパントがイオン注入された領域であってもよい。
The
ゲート絶縁膜26は、トレンチ30の底面、側面、および上面(再成長n層25表面のうちトレンチ30近傍の領域)に沿って膜状に形成されている。ゲート絶縁膜26は、SiO2 からなる。
The
ドレイン電極27は、基板20裏面の全面に接して設けられている。ドレイン電極27は、Ti/Alからなる。
The
ソース電極28は、再成長n層25上に設けられている。また、再成長n層25の一部領域には、その再成長n層25を貫通してp層22を露出させる溝31が形成されている。この溝31はソース電極28により埋められ、溝31を介してソース電極28とp層22とが接続されている。ソース電極28は、Ti/Alからなる。
The
ゲート電極29は、ゲート絶縁膜26を介してトレンチ30の底面、側面、および上面(再成長n層25表面のうちトレンチ30近傍の領域)に沿って膜状に設けられている。ゲート電極29は、Alからなる。
The
実施例2の半導体装置は、p層22のうちトレンチ30近傍の領域がチャネルとして動作するトレンチ型のMISFETである。
The semiconductor device of the second embodiment is a trench-type MISFET in which the region of the p-
(キャリアトラップ準位の平均密度について)
次に、n層21、p層22、および拡散p領域23のキャリアトラップ準位の平均密度について説明する。各キャリアトラップ準位TE1~9、TH3は実施例1と同様の定義である。つまり、キャリアトラップ準位の平均密度のうち電子トラップについては、pn界面(n層21とp層22の界面、あるいはn層21と拡散p領域23の界面)からn層21側に0.8~1.6μmの深さの領域の平均密度、正孔トラップについては、pn界面(n層21とp層22の界面、あるいはn層21と拡散p領域23の界面)からp側に0.02~0.05μmの深さの領域の平均密度とする。
(About the average density of carrier trap levels)
Next, the average density of the carrier trap levels of the
実施例2の半導体装置では、n層21、p層22、および拡散p領域23の各キャリアトラップ準位の平均密度が次のように設定されている。実施例2の半導体装置を上方から見て(つまり平面視において)、拡散p領域23が存在しない領域をA領域、存在する領域をB領域とする。A領域については、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aがn層21のドナー濃度の1/500以下となるように設定されている。
In the semiconductor device of the second embodiment, the average density of each carrier trap level of the
また、B領域については、実施例1と同様に設定されている。すなわち、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE2の電子トラップ準位の平均密度n2Bの比(n2B/n4B)が、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bの比(n9B/n4B)よりも大きく、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bの比(n9B/n4B)が、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Bの比(n1B/n4B)よりも大きくなるように設定されている。つまり、(n1B/n4B)<(n9B/n4B)<(n2B/n4B)を満たすように設定されている。 Further, the B region is set in the same manner as in the first embodiment. That is, the ratio of the average density n2B of the electron trap level of TE2 to the average density n4B of the electron trap level of TE4 (n2B / n4B) is the electron trap level of TE9 with respect to the average density n4B of the electron trap level of TE4. The ratio of the average density n9B of the electron trap level of TE9 to the average density n4B of the electron trap level of TE4 is larger than the ratio of the average density n9B (n9B / n4B) (n9B / n4B). It is set to be larger than the ratio (n1B / n4B) of the average density n1B of the electron trap level of TE1 to the average density n4B of. That is, it is set to satisfy (n1B / n4B) <(n9B / n4B) <(n2B / n4B).
A領域、B領域のうち少なくとも一方の領域において、上記のようにキャリアトラップ準位の平均密度が設定されていることにより、実施例2の半導体装置のリーク電流を抑制することができる。もちろん、A領域、B領域の双方において、上記のように電子トラップ準位の平均密度が設定されていることがより好ましい。 By setting the average density of the carrier trap levels as described above in at least one of the A region and the B region, the leakage current of the semiconductor device of the second embodiment can be suppressed. Of course, it is more preferable that the average density of the electron trap levels is set as described above in both the A region and the B region.
実施例2においても、実施例1と同様に、リーク電流の低減のためには、各キャリアトラップ準位の平均密度は低ければ低いほど望ましい。たとえば以下のような範囲とすることが望ましい。 In Example 2, as in Example 1, the lower the average density of each carrier trap level is, the more desirable it is to reduce the leakage current. For example, the following range is desirable.
A領域の各キャリアトラップ準位の平均密度については、以下の範囲とすることが望ましい。TE1の電子トラップ準位の平均密度n1Aは、5×1012/cm3 以下とすることが望ましい。TE2の電子トラップ準位の平均密度n2Aは、8×1012/cm3 以下とすることが望ましい。TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aは、4×1012/cm3 以下とすることが望ましい。TE9の電子トラップ準位の平均密度n9Aは、2×1012/cm3 以下とすることが望ましい。TH3の正孔トラップ準位の平均密度nH3Aは、7×1012/cm3 以下とすることが望ましい。 The average density of each carrier trap level in the A region is preferably in the following range. It is desirable that the average density n1A of the electron trap level of TE1 is 5 × 10 12 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n2A of the electron trap level of TE2 is 8 × 10 12 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n4A of the electron trap level of TE4 is 4 × 10 12 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n9A of the electron trap level of TE9 is 2 × 10 12 / cm 3 or less. It is desirable that the average density nH3A of the hole trap level of TH3 is 7 × 10 12 / cm 3 or less.
また、A領域において、電子トラップ準位の平均密度の比は、以下の範囲とすることが望ましい。TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE1およびTE2の電子トラップ準位の平均密度n1A、n2Aの比(n1A/n4A、n2A/n4A)は、2.5以下とすることが望ましい。 Further, in the region A, the ratio of the average density of the electron trap levels is preferably in the following range. The ratio of the average densities of the electron trap levels of TE1 and TE2 n1A and n2A (n1A / n4A, n2A / n4A) to the average density n4A of the electron trap levels of TE4 is preferably 2.5 or less.
また、B領域の各キャリアトラップ準位の平均密度については、以下の範囲とすることが望ましい。TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bは、n層11のドナー濃度の1/100以下とすることが望ましい。TE1の電子トラップ準位の平均密度n1Bは、3×1014/cm3 以下とすることが望ましい。TE2の電子トラップ準位の平均密度n2Bは、3×1015/cm3 以下とすることが望ましい。TE5の電子トラップ準位の平均密度n5Bは、1×1013/cm3 以下とすることが望ましい。TE7の電子トラップ準位の平均密度n7Bは、4×1013/cm3 以下とすることが望ましい。TE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bは、8×1014/cm3 以下とすることが望ましい。TH3の正孔トラップ準位の平均密度nH3Bは、1×1013/cm3 以下とすることが望ましい。
Further, it is desirable that the average density of each carrier trap level in the B region is in the following range. It is desirable that the average density n4B of the electron trap level of TE4 is 1/100 or less of the donor concentration of the
また、リーク電流の低減のために、B領域における各キャリアトラップ準位の平均密度に対するA領域における各キャリアトラップ準位の平均密度の比は、以下の範囲とすることが望ましい。B領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Bに対するA領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Aの比(n1A/n1B)は、0.03以下であることが望ましい。B領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度n2Bに対するA領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度n2Aの比(n2A/n2B)は、0.02以下であることが望ましい。B領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するA領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aの比(n4A/n4B)は、0.3~2.0であることが望ましい。B領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bに対するA領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Aの比(n9A/n9B)は、0.02以下であることが望ましい。B領域におけるTH3の正孔トラップ準位の平均密度nH3Bに対するA領域におけるTH3の正孔トラップ準位の平均密度nH3Aの比(nH3A/nH3B)は、0.7~1.4であることが望ましい。 Further, in order to reduce the leakage current, it is desirable that the ratio of the average density of each carrier trap level in the A region to the average density of each carrier trap level in the B region is in the following range. The ratio (n1A / n1B) of the average density n1A of the electron trap level of TE1 in the region A to the average density n1B of the electron trap level of TE1 in the region B is preferably 0.03 or less. The ratio (n2A / n2B) of the average density n2A of the electron trap level of TE2 in the region A to the average density n2B of the electron trap level of TE2 in the region B is preferably 0.02 or less. The ratio (n4A / n4B) of the average density n4A of the electron trap level of TE4 in the region A to the average density n4B of the electron trap level of TE4 in the region B is preferably 0.3 to 2.0. The ratio (n9A / n9B) of the average density n9A of the electron trap level of TE9 in the region A to the average density n9B of the electron trap level of TE9 in the region B is preferably 0.02 or less. The ratio of the average density nH3A of the hole trap level of TH3 in the region A to the average density nH3B of the hole trap level of TH3 in the region B is preferably 0.7 to 1.4. ..
次に、実施例2の半導体装置の製造方法について、図5を参照に説明する。 Next, the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment will be described with reference to FIG.
まず、n-GaNからなる基板20上に、MOCVD法によってn-GaNからなるn層21、p-GaNからなるp層22を順に積層する(図5(a)参照)。そして、p層22中のMgを活性化させp型化するための熱処理を行う。
First, the
次に、p層22表面の所定領域に、Mgをイオン注入してイオン注入領域24を形成する(図5(b)参照)。イオン注入しない領域に形成するマスクとして、フォトレジストなどを用いることができる。
Next, Mg is ion-implanted into a predetermined region on the surface of the
次に、p層22およびイオン注入領域24の表面にSiNからなる保護膜を形成し、熱処理を行う。熱処理の雰囲気は不活性ガス雰囲気であればよく、たとえば窒素雰囲気である。熱処理によって、n層21表面側であって、イオン注入領域24の直下の領域に、p層22に含まれるMgを拡散させる。これにより、イオン注入領域24の直下であってn層21表面から所定深さまでの領域に拡散p領域23を形成する。その後、保護膜をフッ酸により除去する(図5(c)参照)。この拡散p領域23形成のための熱処理の温度、時間によって、n層21および拡散p領域23のキャリアトラップ準位の平均密度を制御することができる。具体的には、熱処理温度が低いほどキャリアトラップ準位の平均密度を低減することができ、また熱処理時間を長くすることでもキャリアトラップ準位の平均密度を低減することができる。熱処理温度が低すぎたり、熱処理時間が短すぎると、所定の領域に拡散p領域23を形成することが難しくなるため、熱処理温度は1000~1100℃、熱処理時間は5~40分の範囲で制御することが望ましい。より好ましくは、熱処理温度1020~1040℃、熱処理時間12~20分である。
Next, a protective film made of SiN is formed on the surfaces of the
次に、p層22上に、MOCVD法によってn-GaNからなる再成長n層25を形成する(図5(d)参照)。
Next, a re-growth n-
次に、再成長n層25の一部領域をn層21が露出するまでドライエッチングして、トレンチ30を形成する。また、再成長n層25の一部領域をp層22が露出するまでドライエッチングして、ソース電極28をp層22に接触させるための溝31を形成する。また、再成長n層25の外周領域を所定の深さまでドライエッチングして、素子分離領域を形成する(図5(e)参照)。
Next, a part of the regrowth n-
次に、ALD法によって、トレンチ30の底面、側面、および上面にゲート絶縁膜26を形成する。次に、蒸着によって、再成長n層25上にソース電極28を形成し、溝31を介してp層22と接触させる。次に、蒸着によって、トレンチ30の底面、側面、および上面にゲート絶縁膜26を介してゲート電極29を形成する。次に、蒸着によって基板20の裏面にドレイン電極27を形成する。以上によって図4に示す実施例1の半導体装置を作製する。
Next, the
(実施例2の変形例1)
実施例2では、イオンを注入したイオン注入領域24とは別の領域にMgを拡散させて拡散p領域23を形成しているが、n層21に直接イオン注入と熱処理を行って、Mgを拡散させずに活性化して、そのイオン注入領域をそのままp型領域33としてもよい。その場合、実施例2の半導体装置におけるイオン注入領域24はなく、p層22に替えて再成長p層32となる(図6参照)。この場合の製造方法について、以下に説明する。
(
In Example 2, Mg is diffused into a region different from the ion-implanted
まず、n-GaNからなる基板20上に、MOCVD法によってn-GaNからなるn層21を積層する(図7(a)参照)。
First, the
次に、n層21表面の所定領域に、Mgをイオン注入してイオン注入領域を形成する。そして、n層21およびイオン注入領域の表面にSiNからなる保護膜を形成し、熱処理を行う。熱処理の雰囲気は不活性ガス雰囲気であればよく、たとえば窒素雰囲気である。熱処理によって、イオン注入領域のMgを拡散させずに活性化させ、これによりイオン注入領域をp型領域33とする(図7(b)参照)。
Next, Mg is ion-implanted into a predetermined region on the surface of the n-
次に、n層21上およびp型領域33上に、MOCVD法によって、p-GaNからなる再成長p層32、n-GaNからなる再成長n層25を形成する(図7(c)参照)。以下、実施例2と同様の工程により、図6に示す半導体装置を作製することができる。
Next, a re-growth p-
(実施例2の変形例2)
実施例2では、Mgをイオン注入してイオン注入領域24を形成しているが、Siなどのn型ドーパントをイオン注入してイオン注入領域34を形成してもよい。Mgをイオン注入する場合と同様の領域に、拡散p領域23を形成することができる。イオン注入領域34はn型であるため、実施例2における再成長n層25は省くことができる(図8参照)。
(
In Example 2, Mg is ion-implanted to form the ion-implanted
(実験例)
次に、実施例1、2に関する各種実験例を説明する。
(Experimental example)
Next, various experimental examples relating to Examples 1 and 2 will be described.
実施例1の半導体装置のA領域を評価する素子(図9参照)と、実施例2の半導体装置のA領域を評価する素子(図10参照)と、実施例1、2の半導体装置のB領域を評価する素子(図11参照)を次のようにして作製し、キャリアトラップ準位の種別およびキャリアトラップ準位の平均密度の評価を行った。 An element for evaluating the A region of the semiconductor device of Example 1 (see FIG. 9), an element for evaluating the A region of the semiconductor device of Example 2 (see FIG. 10), and B of the semiconductor devices of Examples 1 and 2. An element for evaluating a region (see FIG. 11) was manufactured as follows, and the type of carrier trap level and the average density of carrier trap levels were evaluated.
(実施例1の半導体装置のA領域の評価)
実施例1のA領域評価用素子は、次のようにして作製した。まず、Si濃度1.0×1018/cm3 のn-GaNからなる基板100上に、MOCVD法によって厚さ10μm、ドナー濃度2.5×1015/cm3 のn層101を作製した。そして、n層101上にSiNからなる保護膜を作製し、熱処理を行った素子と、熱処理を行わなかった素子を作製した。熱処理は、1050℃、4分間の素子と、1150℃、4分間の素子を作製した。その後、保護膜をフッ酸より除去し、素子外周をドライエッチングして素子分離領域を形成し、n層101表面にNiからなるショットキー接触のアノード電極104、基板100裏面にAl/Tiからなるカソード電極103を形成した。
(Evaluation of Area A of the Semiconductor Device of Example 1)
The A region evaluation element of Example 1 was manufactured as follows. First, an n-
以上のようにして作製したA領域評価用素子に、温度25℃において逆方向電圧を0~200Vの範囲で印加し、I-V測定を行った。図12はそのグラフを示す。また、温度77~500K、バイアス電圧-5V、パルス電圧0Vにおいて、DLTS測定を行った。図13は、その結果を示したグラフである。 A reverse voltage was applied in the range of 0 to 200 V at a temperature of 25 ° C. to the A region evaluation element manufactured as described above, and IV measurement was performed. FIG. 12 shows the graph. Further, DLTS measurement was performed at a temperature of 77 to 500 K, a bias voltage of -5 V, and a pulse voltage of 0 V. FIG. 13 is a graph showing the result.
図12のように、熱処理によってリーク電流が発生することがわかり、熱処理温度が高いほどリーク電流が増加することがわかった。リーク電流の低減のためには、1050℃以下の熱処理であればよいことがわかった。 As shown in FIG. 12, it was found that a leak current was generated by the heat treatment, and it was found that the leak current increased as the heat treatment temperature increased. It was found that the heat treatment at 1050 ° C. or lower is sufficient for reducing the leakage current.
また、DLTS測定により、n層101とアノード電極104との界面からn層101側に0.8~1.6μmの深さの領域の電子トラップ準位TE1~TE9が特定できた。図14は、各電子トラップ準位の種類ごとのエネルギー、捕獲断面積、電子トラップ準位の平均密度、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対する比をまとめた表である。図14のように、各電子トラップ準位のうち、TE2、TE4、TE9については、熱処理によらず発生するキャリアトラップ準位であることがわかった。また、いずれの電子トラップ準位の平均密度についても、熱処理によって増加することがわかった。したがって、熱処理による電流リークの増加は、電子トラップ準位の平均密度の増加が原因であると考えられる。なお、TE5、TE8については検出できなかったが、これは検出限界以下の密度であったためと考えられる。
Further, by DLTS measurement, the electron trap levels TE1 to TE9 in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm could be identified from the interface between the
熱処理温度1150℃では、熱処理温度1050℃に比べて大きくリーク電流が増加していることから、1050℃における各電子トラップ準位の平均密度の状態が、1150℃における各電子トラップ準位の平均密度の状態よりも、リーク電流を低減できる状態であると考えられる。また、トラップ準位が小さいほどリーク電流への寄与が大きいと考えられ、また拡散p領域12の形成のためには熱処理しないことは考えられない。そのため、熱処理によって発生し、かつトラップ準位が小さいTE1、TE3の電子トラップ準位の平均密度によって、リーク電流を低減できる状態を規定するのがよいと考えられる。また、TE1、TE3の電子トラップ準位の平均密度の評価は、熱処理によらず発生する電子トラップ準位の平均密度を基準とするのがよいと考えられる。
At the heat treatment temperature of 1150 ° C., the leakage current is significantly increased as compared with the heat treatment temperature of 1050 ° C. Therefore, the state of the average density of each electron trap level at 1050 ° C is the average density of each electron trap level at 1150 ° C. It is considered that the leak current can be reduced more than the state of. Further, it is considered that the smaller the trap level is, the larger the contribution to the leakage current is, and it is not conceivable that the heat treatment is not performed for the formation of the
そこでTE4の電子トラップ準位の平均密度に対する各電子トラップ準位の平均密度の比をまとめたのが図15である。図15を見ると、熱処理によって発生する電子トラップ準位のうち、TE4に対して大きく変動しているのはTE1、TE3である。また、TE1の電子トラップ準位の平均密度は、熱処理温度が1050℃、1150℃のいずれの場合もTE3の電子トラップ準位の平均密度よりも大きくなっている。また、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比は、1150℃では1よりも大きくなっているが、1050℃では1以下となっている。 Therefore, FIG. 15 summarizes the ratio of the average density of each electron trap level to the average density of the electron trap levels of TE4. Looking at FIG. 15, among the electron trap levels generated by the heat treatment, TE1 and TE3 have a large variation with respect to TE4. Further, the average density of the electron trap level of TE1 is larger than the average density of the electron trap level of TE3 at any of the heat treatment temperatures of 1050 ° C and 1150 ° C. Further, the ratio of the average density of the electron trap level of TE1 to the average density of the electron trap level of TE4 is larger than 1 at 1150 ° C., but is 1 or less at 1050 ° C.
このような理由から、実施例1の半導体装置のA領域では、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE3の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、かつTE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が1以下、とすることで、リーク電流を低減できる電子トラップ準位の平均密度(熱処理温度1050℃における各電子トラップ準位の平均密度の状態)を規定した。 For this reason, in the region A of the semiconductor device of Example 1, the ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4 is relative to the average density of the electron trap levels of TE4. Leakage current is reduced by setting the ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to 1 or less, which is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE3 and to the average density of the electron trap levels of TE4. The average density of the possible electron trap levels (the state of the average density of each electron trap level at the heat treatment temperature of 1050 ° C.) was specified.
(実施例2の半導体装置のA領域の評価)
実施例2のA領域評価用素子は、次のようにして作製した。まず、Si濃度1.0×1018/cm3 のn-GaNからなる基板100上に、MOCVD法によって、厚さ10μmでドナー濃度5×1015/cm3 のn層101、厚さ1μmでMg濃度2×1018/cm3 のp-GaNからなるp層102を順に積層した。そして、p層102上にSiNからなる保護膜を作製し、熱処理を行った素子と、熱処理を行わなかった素子を作製した。熱処理条件は、1050℃で4分間、1150℃で4分間、1250℃で30秒間として、それぞれ素子を作製した。その後、保護膜をフッ酸より除去し、素子外周をドライエッチングして素子分離領域を形成した。次に、p層102表面にPdからなるオーミック接触のアノード電極105、基板100裏面にAl/Tiからなるカソード電極103を形成した。
(Evaluation of Area A of the Semiconductor Device of Example 2)
The A region evaluation element of Example 2 was manufactured as follows. First, on a
以上のようにして作製したA領域評価用素子に、温度25℃において逆方向電圧を0~300Vの範囲で印加し、I-V測定を行った。図16はそのグラフを示す。また、温度77~600K、バイアス電圧-10V、パルス電圧0Vにおいて、DLTS測定を行った。ただし、熱処理温度1250℃で30秒間の場合のみ、温度77~700Kとした。図17は、その結果を示したグラフである。 A reverse voltage was applied in the range of 0 to 300 V at a temperature of 25 ° C. to the A region evaluation element manufactured as described above, and IV measurement was performed. FIG. 16 shows the graph. Further, DLTS measurement was performed at a temperature of 77 to 600 K, a bias voltage of -10 V, and a pulse voltage of 0 V. However, the temperature was set to 77 to 700 K only when the heat treatment temperature was 1250 ° C. for 30 seconds. FIG. 17 is a graph showing the result.
図16のように、1250℃以上の熱処理によってリーク電流が発生することがわかり、熱処理温度が高いほどリーク電流が増加することがわかった。リーク電流の低減のためには、1150℃以下の熱処理であればよいことがわかった。 As shown in FIG. 16, it was found that the leak current was generated by the heat treatment at 1250 ° C. or higher, and it was found that the leak current increased as the heat treatment temperature was higher. It was found that the heat treatment at 1150 ° C. or lower is sufficient for reducing the leakage current.
また、DLTS測定により、n層101とp層102との界面からn層101側に0.8~1.6μmの深さの領域のキャリアトラップ準位(電子トラップ準位)と、n層101とp層102との界面からp層102側に0.02~0.05μmの深さの領域のキャリアトラップ準位(正孔トラップ準位)が特定できた。TE9よりもエネルギーの高いTE10、TE11の電子トラップ準位や、TH3よりもエネルギーの低いTH2の正孔トラップ準位も特定できた。図18は、各キャリアトラップ準位の種類ごとに各特性をまとめた表である。また、熱処理によってキャリアトラップ準位の種類が変化し、キャリアトラップ準位の平均密度も増加することがわかった。したがって、熱処理による電流リークの増加は、キャリアトラップ準位の種類とキャリアトラップ準位の平均密度の増加が原因であると考えられる。
Further, by DLTS measurement, the carrier trap level (electron trap level) in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the
熱処理温度1250℃では、熱処理温度1150℃に比べて大きくリーク電流が増加していることから、1050℃および1150℃における各キャリアトラップ準位の平均密度の状態が、1250℃における各キャリアトラップ準位の平均密度の状態よりも、リーク電流を低減できる状態であることが考えられる。図17を見ると、TE4は、どの熱処理温度でも現れており、1150℃での熱処理と1250℃での熱処理の双方に現れている。一方、他のキャリアトラップ準位は、熱処理の有無や熱処理温度によって現れたり消えたりしている。そのため、TE4のキャリアトラップ準位の平均密度によって、リーク電流を低減できる状態を規定するのがよいと考えられる。 At the heat treatment temperature of 1250 ° C., the leakage current is significantly increased as compared with the heat treatment temperature of 1150 ° C. Therefore, the average density of each carrier trap level at 1050 ° C and 1150 ° C is the state of each carrier trap level at 1250 ° C. It is considered that the leak current can be reduced more than the state of the average density of. Looking at FIG. 17, TE4 appears at any heat treatment temperature and appears in both the heat treatment at 1150 ° C and the heat treatment at 1250 ° C. On the other hand, other carrier trap levels appear and disappear depending on the presence or absence of heat treatment and the heat treatment temperature. Therefore, it is considered better to define a state in which the leakage current can be reduced by the average density of the carrier trap levels of TE4.
TE4の電子トラップ準位は、熱処理によらず発生するものであるから、TE4の電子トラップ準位の平均密度は、n層102のドナー濃度にも依存するものと考えられる。このような理由から、実施例2の半導体装置のA領域では、TE4の電子トラップ準位の平均密度がn層101のドナー濃度の1/500以下、とすることで、リーク電流を低減できる電子トラップ準位の平均密度(熱処理温度1150℃における各キャリアトラップ準位の平均密度の状態)を規定した。
Since the electron trap level of TE4 is generated regardless of the heat treatment, it is considered that the average density of the electron trap level of TE4 also depends on the donor concentration of the
(実施例1、2の半導体装置のB領域の評価)
B領域評価用素子は、次のようにして作製した。まず、Si濃度1.0×1018/cm3 のn-GaNからなる基板100上に、MOCVD法によって、厚さ10μmでドナー濃度5×1015/cm3 のn層101、厚さ1μmでMg濃度2×1018/cm3 のp-GaNからなるp層102を順に積層した。次に、p層102の全面にMgをイオン注入してイオン注入領域106を形成した。次に、イオン注入領域106上にSiNからなる保護膜を作製し、熱処理を行った。熱処理条件は、1050℃で4分間、1050℃で20分間、1050℃で40分間として、それぞれ素子を作製した。この熱処理によってn層101にMgが拡散し、n層101表面から所定の深さまでの領域に拡散p領域107が形成された。次に、保護膜をフッ酸により除去し、素子外周をドライエッチングして素子分離領域を形成した。次に、イオン注入領域106表面にPdからなるオーミック接触のアノード電極105、基板100裏面にAl/Tiからなるカソード電極103を形成した。
(Evaluation of B region of the semiconductor device of Examples 1 and 2)
The B region evaluation element was manufactured as follows. First, on a
なお、このB領域評価用素子は、実施例1の半導体装置のB領域とは構造が異なるが、n層と拡散p領域とのpn界面の空乏層領域におけるキャリアトラップ準位を検出している点で同様である。そのため、B領域評価用素子によって実施例2の半導体装置のB領域だけでなく、実施例1の半導体装置のB領域も評価することができる。 Although the structure of this B region evaluation element is different from that of the B region of the semiconductor device of the first embodiment, the carrier trap level in the depletion layer region at the pn interface between the n layer and the diffusion p region is detected. The same is true in terms of points. Therefore, not only the B region of the semiconductor device of the second embodiment but also the B region of the semiconductor device of the first embodiment can be evaluated by the B region evaluation element.
以上のようにして作製したB領域評価用素子に、温度25℃において逆方向電圧を0~300Vの範囲で印加し、I-V測定を行った。図19はそのグラフを示す。また、温度77~600K、バイアス電圧-10V、パルス電圧0Vにおいて、DLTS測定を行った。図20は、その結果を示したグラフである。 A reverse voltage was applied in the range of 0 to 300 V at a temperature of 25 ° C. to the B region evaluation element manufactured as described above, and IV measurement was performed. FIG. 19 shows the graph. Further, DLTS measurement was performed at a temperature of 77 to 600 K, a bias voltage of -10 V, and a pulse voltage of 0 V. FIG. 20 is a graph showing the result.
図19のように、熱処理時間が長くなるほど電流リークを低減できることがわかり、20分以上の熱処理によってリーク電流を十分に低減できることがわかった。これは、熱処理時間が長いほどイオン注入による結晶へのダメージが回復するためと考えられる。 As shown in FIG. 19, it was found that the current leakage can be reduced as the heat treatment time becomes longer, and it is found that the leakage current can be sufficiently reduced by the heat treatment for 20 minutes or more. It is considered that this is because the longer the heat treatment time, the more the damage to the crystal due to the ion implantation is recovered.
また、DLTS測定により、n層21と拡散p領域23との界面からn層21側に0.8~1.6μmの深さの領域のキャリアトラップ準位(電子トラップ準位)と、n層21と拡散p領域23との界面から拡散p領域23側に0.02~0.05μmの深さの領域のキャリアトラップ準位(正孔トラップ準位)が特定できた。TH2よりもエネルギーの低い正孔トラップ準位も特定できた。図21は、各キャリアトラップ準位の種類ごとに各特性をまとめた表である。また、熱処理時間によってキャリアトラップ準位の種類が変化し、熱処理時間が長いほどキャリアトラップ準位の平均密度が減少することがわかった。したがって、熱処理時間が長くなることによる電流リークの減少は、キャリアトラップ準位の種類とキャリアトラップ準位の平均密度の減少が原因であると考えられる。
Further, by DLTS measurement, the carrier trap level (electron trap level) in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the
熱処理4分間では、熱処理20分間、40分間に比べて大きくリーク電流が増加していることから、熱処理20分間、40分間での各キャリアトラップ準位の平均密度の状態が、熱処理4分間での各キャリアトラップ準位の平均密度の状態よりも、リーク電流を低減できる状態であると考えられる。図20を見ると、いずれの熱処理時間においてもTE1、TE2、TE9のピークが現れている。特に、トラップ準位が小さいほどリーク電流への寄与が大きいと考えられ、TE1、TE2の電子トラップ準位の平均密度は、リーク電流への寄与が大きいと考えられる。そのため、TE1、TE2、TE9の電子トラップ準位の平均密度によって、リーク電流を低減できる状態を規定するのがよいと考えられる。また、これら電子トラップ準位の平均密度の評価は、熱処理によらず発生する電子トラップ準位の平均密度を基準とするのがよいと考えられる。 In the heat treatment of 4 minutes, the leakage current increased significantly compared to the heat treatment of 20 minutes and 40 minutes. Therefore, the average density of each carrier trap level in the heat treatment of 20 minutes and 40 minutes was changed to that of the heat treatment in 4 minutes. It is considered that the leakage current can be reduced more than the state of the average density of each carrier trap level. Looking at FIG. 20, the peaks of TE1, TE2, and TE9 appear at any of the heat treatment times. In particular, it is considered that the smaller the trap level is, the larger the contribution to the leak current is, and the average density of the electron trap levels of TE1 and TE2 is considered to have a large contribution to the leak current. Therefore, it is considered better to define a state in which the leakage current can be reduced by the average density of the electron trap levels of TE1, TE2, and TE9. Further, it is considered that the evaluation of the average density of these electron trap levels should be based on the average density of the electron trap levels generated regardless of the heat treatment.
そこで、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対する各電子トラップ準位の平均密度の比をまとめたのが図22である。図22のように、熱処理4分間の場合には、TE1の電子トラップ準位の平均密度比が最も大きく、次いでTE9、TE2の順であった。一方、熱処理20分間の場合には、TE2の電子トラップ準位の平均密度比が最も大きく、次いでTE9、TE1であった。 Therefore, FIG. 22 summarizes the ratio of the average density of each electron trap level to the average density of the electron trap levels of TE4. As shown in FIG. 22, in the case of the heat treatment for 4 minutes, the average density ratio of the electron trap level of TE1 was the largest, followed by TE9 and TE2 in that order. On the other hand, in the case of heat treatment for 20 minutes, the average density ratio of the electron trap level of TE2 was the largest, followed by TE9 and TE1.
このような理由から、実施例1、2の半導体装置のB領域では、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きい、とすることで、リーク電流を低減できる電子トラップ準位の平均密度(熱処理温度20分間における各キャリアトラップ準位の平均密度の状態)を規定した。 For this reason, in the B region of the semiconductor device of Examples 1 and 2, the ratio of the average density of the electron trap levels of TE2 to the average density of the electron trap levels of TE4 is the average of the electron trap levels of TE4. The ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels of TE4 is greater than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the density, to the average density of the electron trap levels of TE4. By setting it to be larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE1, the average density of the electron trap levels that can reduce the leakage current (the state of the average density of each carrier trap level at the heat treatment temperature of 20 minutes) can be determined. Prescribed.
図23は、各電子トラップ準位について、B領域評価用素子における電子トラップ準位の平均密度に対する、実施例1の半導体装置のA領域評価用素子における電子トラップ準位の平均密度の比をまとめた表である。図23から、各密度比を以下のように規定すれば、リーク電流を低減できるものと考えられる。TE1の電子トラップ準位についての密度比は、0.01以下。TE2の電子トラップ準位についての密度比は、0.01以下。TE4の電子トラップ準位についての密度比は、0.4~2.5。TE7の電子トラップ準位についての密度比は、0.2以下。TE9の電子トラップ準位についての密度比は、0.04以下。 FIG. 23 summarizes the ratio of the average density of the electron trap levels in the A region evaluation element of the semiconductor device of Example 1 to the average density of the electron trap levels in the B region evaluation element for each electron trap level. It is a table. From FIG. 23, it is considered that the leakage current can be reduced by defining each density ratio as follows. The density ratio for the electron trap level of TE1 is 0.01 or less. The density ratio for the electron trap level of TE2 is 0.01 or less. The density ratio for the electron trap level of TE4 is 0.4 to 2.5. The density ratio for the electron trap level of TE7 is 0.2 or less. The density ratio for the electron trap level of TE9 is 0.04 or less.
図24は、各電子トラップ準位について、B領域評価用素子における電子トラップ準位の平均密度に対する、実施例2の半導体装置のA領域評価用素子における電子トラップ準位の平均密度の比をまとめた表である。図24から、各密度比を以下のように規定すれば、リーク電流を低減できるものと考えられる。TE1の電子トラップ準位についての密度比は、0.01~0.03。TE2の電子トラップ準位についての密度比は、0.0001~0.005。TE4の電子トラップ準位についての密度比は、0.3~2.0。TE9の電子トラップ準位についての密度比は、0.002~0.02。また、同様の比較から、TH3の正孔トラップ準位についての密度比は、0.7~1.4であれば、リーク電流を低減できるものと考えられる。 FIG. 24 summarizes the ratio of the average density of the electron trap levels in the A region evaluation element of the semiconductor device of Example 2 to the average density of the electron trap levels in the B region evaluation element for each electron trap level. It is a table. From FIG. 24, it is considered that the leakage current can be reduced by defining each density ratio as follows. The density ratio for the electron trap level of TE1 is 0.01 to 0.03. The density ratio for the electron trap level of TE2 is 0.0001 to 0.005. The density ratio for the electron trap level of TE4 is 0.3 to 2.0. The density ratio for the electron trap level of TE9 is 0.002 to 0.02. Further, from the same comparison, it is considered that the leakage current can be reduced if the density ratio for the hole trap level of TH3 is 0.7 to 1.4.
また、以上の実験結果から、Mgを拡散させて拡散p領域を形成するための熱処理として、熱処理温度は1000~1100℃、熱処理時間は5~40分の範囲で制御すればよいことがわかった。 Further, from the above experimental results, it was found that the heat treatment temperature should be controlled in the range of 1000 to 1100 ° C. and the heat treatment time should be controlled in the range of 5 to 40 minutes as the heat treatment for diffusing Mg to form the diffusion p region. ..
(その他の各種変形例)
なお、実施例1はショットキーバリアダイオードであったが、n層11の一部領域に拡散p領域12が設けられ、n層11上にショットキー電極が設けられた構造であれば、任意の構造の半導体装置に適用することができる。また、実施例2はトレンチ型のMISFETであったが、n層21、p層22が順に積層され、n層21の一部領域に拡散p領域23が設けられた構造であれば、任意の構造の半導体装置に適用することができる。たとえば、pnダイオード、pinダイオード、IGBT、HFET、などにも本発明は適用可能である。また、実施例1、2はいずれも縦方向(基板主面に垂直な方向)に導通を取る縦型構造であるが、本発明は基板主面に水平な方向に導通を取る横型構造の半導体装置にも適用可能である。
(Other various modifications)
Although the Schottky barrier diode was used in the first embodiment, any structure can be used as long as the
本発明の半導体装置は、パワーデバイスなどに利用することができる。 The semiconductor device of the present invention can be used as a power device or the like.
10、20:基板
11、21:n層
12、23:拡散p領域
13:カソード電極
14:アノード電極
22:p層
24:イオン注入領域
25:再成長n層
26:ゲート絶縁膜
27:ドレイン電極
28:ソース電極
29:ゲート電極
30:トレンチ
10, 20:
Claims (22)
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.30eV以上0.45eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE3、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし、
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE3の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、かつ、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が1以下、となるように設定され、
前記B領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が0.01以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。 An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a region made of p-type GaN provided in a part of the n-layer by ion implantation and heat treatment. It has a p-type region and a Schottky electrode provided on the n-layer and on the p-type region and in Schottky contact with the n-layer.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE3, the electron trap level of energy of 0.30 eV or more and less than 0.45 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE4 be the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. The average density of the electron trap level is used.
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of each electron trap level in the A region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE3 to the average density of the electron trap levels of TE4, and The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 to the average density of the electron trap level of TE4 is set to be 1 or less .
The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 in the region A to the average density of the electron trap level of TE1 in the region B is set to be 0.01 or less.
A semiconductor device characterized by this.
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.20eV以上0.30eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE2、
GaNの伝導帯下端から0.30eV以上0.45eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE3、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし、
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE3の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、かつ、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が1以下、となるように設定され、
前記B領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が0.01以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。 An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a region made of p-type GaN provided in a part of the n-layer by ion implantation and heat treatment. It has a p-type region and a Schottky electrode provided on the n-layer and on the p-type region and in Schottky contact with the n-layer.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE2, the electron trap level of energy of 0.20 eV or more and less than 0.30 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
TE3, the electron trap level of energy of 0.30 eV or more and less than 0.45 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE4 be the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. The average density of the electron trap level is used.
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of each electron trap level in the A region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE3 to the average density of the electron trap levels of TE4, and The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 to the average density of the electron trap level of TE4 is set to be 1 or less .
The ratio of the average density of the electron trap level of TE2 in the region A to the average density of the electron trap level of TE2 in the region B is set to be 0.01 or less.
A semiconductor device characterized by this.
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.30eV以上0.45eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE3、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし、
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE3の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、かつ、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が1以下、となるように設定され、
前記B領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度の比が0.4~2.5、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。 An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a region made of p-type GaN provided in a part of the n-layer by ion implantation and heat treatment. It has a p-type region and a Schottky electrode provided on the n-layer and on the p-type region and in Schottky contact with the n-layer.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE3, the electron trap level of energy of 0.30 eV or more and less than 0.45 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE4 be the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. The average density of the electron trap level is used.
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of each electron trap level in the A region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE3 to the average density of the electron trap levels of TE4, and The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 to the average density of the electron trap level of TE4 is set to be 1 or less .
The ratio of the average density of the electron trap level of TE4 in the region A to the average density of the electron trap level of TE4 in the region B is set to be 0.4 to 2.5.
A semiconductor device characterized by this.
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.30eV以上0.45eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE3、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、
GaNの伝導帯下端から0.90eV以上1.00eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE7、とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし、
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE3の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、かつ、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が1以下、となるように設定され、
前記B領域におけるTE7の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE7の電子トラップ準位の平均密度の比が0.2以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。 An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a region made of p-type GaN provided in a part of the n-layer by ion implantation and heat treatment. It has a p-type region and a Schottky electrode provided on the n-layer and on the p-type region and in Schottky contact with the n-layer.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE3, the electron trap level of energy of 0.30 eV or more and less than 0.45 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
TE4 , the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE7 be the electron trap level of energy of 0.90 eV or more and less than 1.00 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. The average density of the electron trap level is used.
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of each electron trap level in the A region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE3 to the average density of the electron trap levels of TE4, and The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 to the average density of the electron trap level of TE4 is set to be 1 or less .
The ratio of the average density of the electron trap level of TE7 in the region A to the average density of the electron trap level of TE7 in the region B is set to be 0.2 or less.
A semiconductor device characterized by this.
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.30eV以上0.45eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE3、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、
GaNの伝導帯下端から1.10eV以上1.40eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE9とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし、
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE3の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、かつ、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が1以下、となるように設定され、
前記B領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が0.04以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。 An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a region made of p-type GaN provided in a part of the n-layer by ion implantation and heat treatment. It has a p-type region and a Schottky electrode provided on the n-layer and on the p-type region and in Schottky contact with the n-layer.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE3, the electron trap level of energy of 0.30 eV or more and less than 0.45 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
TE4 , the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The electron trap level of energy of 1.10 eV or more and less than 1.40 eV from the lower end of the conduction band of GaN is set to TE9.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. The average density of the electron trap level is used.
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of each electron trap level in the A region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE3 to the average density of the electron trap levels of TE4, and The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 to the average density of the electron trap level of TE4 is set to be 1 or less .
The ratio of the average density of the electron trap level of TE9 in the region A to the average density of the electron trap level of TE9 in the region B is set to be 0.04 or less.
A semiconductor device characterized by this.
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.20eV以上0.30eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE2、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、
GaNの伝導帯下端から1.10eV以上1.40eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE9、とし、
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きくなるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。 An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a region made of p-type GaN provided in a part of the n-layer by ion implantation and heat treatment. It has a p-type region and a Schottky electrode provided on the n-layer and on the p-type region and in Schottky contact with the n-layer.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE2, the electron trap level of energy of 0.20 eV or more and less than 0.30 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
TE4, the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE9 be the electron trap level of energy of 1.10 eV or more and less than 1.40 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of each electron trap level in the B region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE2 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels of TE4. The ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels is set to be larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4. ing,
A semiconductor device characterized by this.
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が0.01以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 in the region A to the average density of the electron trap level of TE1 in the region B is set to be 0.01 or less.
The semiconductor device according to claim 6 .
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が0.01以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap level of TE2 in the region A to the average density of the electron trap level of TE2 in the region B is set to be 0.01 or less.
The semiconductor device according to claim 6 .
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度の比が0.4~2.5、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap level of TE4 in the region A to the average density of the electron trap level of TE4 in the region B is set to be 0.4 to 2.5.
The semiconductor device according to claim 6 .
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE7の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE7の電子トラップ準位の平均密度の比が0.2以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 The electron trap level of energy of 0.90 eV or more and less than 1.00 eV from the lower end of the conduction band of GaN is set to TE7.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap level of TE7 in the region A to the average density of the electron trap level of TE7 in the region B is set to be 0.2 or less.
The semiconductor device according to claim 6 .
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が0.04以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap level of TE9 in the region A to the average density of the electron trap level of TE9 in the region B is set to be 0.04 or less.
The semiconductor device according to claim 6 .
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし、
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における前記n層中のTE4の電子トラップ準位の平均密度が、前記n層のドナー濃度の1/500以下となるように設定され、
前記B領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が0.03以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。 An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 , a p-layer made of p-type GaN provided on the n-layer, and a partial region of the n-layer. Has a p-type region, which is a region made of p-type GaN provided by ion implantation and heat treatment.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
The electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN is set to TE4.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. The average density of trap levels
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of the electron trap levels of TE4 in the n-layer in the A region is set to be 1/500 or less of the donor concentration of the n-layer .
The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 in the region A to the average density of the electron trap level of TE1 in the region B is set to be 0.03 or less.
A semiconductor device characterized by this.
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.20eV以上0.30eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE2、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし、
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における前記n層中のTE4の電子トラップ準位の平均密度が、前記n層のドナー濃度の1/500以下となるように設定され、
前記B領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が0.02以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。 An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 , a p-layer made of p-type GaN provided on the n-layer, and a partial region of the n-layer. Has a p-type region, which is a region made of p-type GaN provided by ion implantation and heat treatment.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
TE2, the electron trap level of energy of 0.20 eV or more and less than 0.30 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN is set to TE4.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. The average density of trap levels
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of the electron trap levels of TE4 in the n-layer in the A region is set to be 1/500 or less of the donor concentration of the n-layer .
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE2 in the region A to the average density of the electron trap levels of TE2 in the region B is set to be 0.02 or less.
A semiconductor device characterized by this.
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし、
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における前記n層中のTE4の電子トラップ準位の平均密度が、前記n層のドナー濃度の1/500以下となるように設定され、
前記B領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度の比が0.3~2.0、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。 An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 , a p-layer made of p-type GaN provided on the n-layer, and a partial region of the n-layer. Has a p-type region, which is a region made of p-type GaN provided by ion implantation and heat treatment.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
The electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN is set to TE4.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. The average density of trap levels
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of the electron trap levels of TE4 in the n-layer in the A region is set to be 1/500 or less of the donor concentration of the n-layer .
The ratio of the average density of the electron trap level of TE4 in the region A to the average density of the electron trap level of TE4 in the region B is set to be 0.3 to 2.0.
A semiconductor device characterized by this.
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、
GaNの伝導帯下端から1.10eV以上1.40eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE9、とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし、
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における前記n層中のTE4の電子トラップ準位の平均密度が、前記n層のドナー濃度の1/500以下となるように設定され、
前記B領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が0.02以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。 An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 , a p-layer made of p-type GaN provided on the n-layer, and a partial region of the n-layer. Has a p-type region, which is a region made of p-type GaN provided by ion implantation and heat treatment.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
TE4 , the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE9 be the electron trap level of energy of 1.10 eV or more and less than 1.40 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. The average density of trap levels
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of the electron trap levels of TE4 in the n-layer in the A region is set to be 1/500 or less of the donor concentration of the n-layer .
The ratio of the average density of the electron trap level of TE9 in the region A to the average density of the electron trap level of TE9 in the region B is set to be 0.02 or less.
A semiconductor device characterized by this.
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、
GaNの価電子帯上端から0.80eV以上0.90eV未満のエネルギーの正孔トラップ準位をTH3とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし、
前記B領域における正孔トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記p型領域側に0.02~0.05μmの深さの領域における前記p型領域中の正孔トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における前記n層中のTE4の電子トラップ準位の平均密度が、前記n層のドナー濃度の1/500以下となるように設定され、
前記B領域における前記p型領域中のTH3の正孔トラップ準位の平均密度に対する、前記A領域における前記p層中のTH3の正孔トラップ準位の平均密度の比が、0.7~1.4、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。 An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 , a p-layer made of p-type GaN provided on the n-layer, and a partial region of the n-layer. Has a p-type region, which is a region made of p-type GaN provided by ion implantation and heat treatment.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
TE4 , the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The hole trap level of energy of 0.80 eV or more and less than 0.90 eV from the upper end of the valence band of GaN is set to TH3.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. The average density of trap levels
The average density of hole trap levels in the B region is in the p-type region in a region having a depth of 0.02 to 0.05 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the p-type region side. As the average density of hole trap levels in
The average density of the electron trap levels of TE4 in the n-layer in the A region is set to be 1/500 or less of the donor concentration of the n-layer .
The ratio of the average density of the hole trap levels of TH3 in the p-type region to the average density of the hole trap levels of TH3 in the p-type region in the B region is 0.7 to 1. .4, which is set to be
A semiconductor device characterized by this.
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.20eV以上0.30eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE2、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、
GaNの伝導帯下端から1.10eV以上1.40eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE9、とし、
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度が、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きくなるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。 An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 , a p-layer made of p-type GaN provided on the n-layer, and a partial region of the n-layer. Has a p-type region, which is a region made of p-type GaN provided by ion implantation and heat treatment.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE2, the electron trap level of energy of 0.20 eV or more and less than 0.30 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
TE4, the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE9 be the electron trap level of energy of 1.10 eV or more and less than 1.40 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of each electron trap level in the n-layer in the B region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE2 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels of TE4. The ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels is set to be larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4. ing,
A semiconductor device characterized by this.
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が0.03以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。 The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. As the average density of trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 in the region A to the average density of the electron trap level of TE1 in the region B is set to be 0.03 or less.
The semiconductor device according to claim 17 .
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が0.02以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。 The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. As the average density of trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE2 in the region A to the average density of the electron trap levels of TE2 in the region B is set to be 0.02 or less.
The semiconductor device according to claim 17 .
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度の比が0.3~2.0、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。 The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. As the average density of trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap level of TE4 in the region A to the average density of the electron trap level of TE4 in the region B is set to be 0.3 to 2.0.
The semiconductor device according to claim 17 .
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が0.02以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。 The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. As the average density of trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap level of TE9 in the region A to the average density of the electron trap level of TE9 in the region B is set to be 0.02 or less.
The semiconductor device according to claim 17 .
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
前記A領域における正孔トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記p層側に0.02~0.05μmの深さの領域における前記p層中の正孔トラップ準位の平均密度とし、
前記B領域における正孔トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記p型領域側に0.02~0.05μmの深さの領域における前記p型領域中の正孔トラップ準位の平均密度として、
前記B領域における前記p型領域中のTH3の正孔トラップ準位の平均密度に対する、前記A領域における前記p層中のTH3の正孔トラップ準位の平均密度の比が、0.7~1.4、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。 The hole trap level of 0.80 eV or more and less than 0.90 eV from the upper end of the valence band of GaN is set to TH3.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of hole trap levels in the A region is the holes in the p layer in the region having a depth of 0.02 to 0.05 μm from the interface between the n layer and the p layer to the p layer side. The average density of trap levels
The average density of hole trap levels in the B region is in the p-type region in a region having a depth of 0.02 to 0.05 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the p-type region side. As the average density of hole trap levels in
The ratio of the average density of the hole trap levels of TH3 in the p-type region to the average density of the hole trap levels of TH3 in the p-type region in the B region is 0.7 to 1. .4, which is set to be
The semiconductor device according to claim 17 .
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